EN
ข่าว
คู่มือการวัดอัตราการไหล
Time : 2025-08-14
บทนำ
อัตราการไหล หมายถึง ปริมาตรของของไหลที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่กำหนดในหน่วยเวลาหนึ่ง ในงานวัดทรัพยากรน้ำ โดยทั่วไปอัตราการไหลจะถูกวัดในหน่วยต่าง ๆ เช่น ลูกบาศก์ฟุตต่อวินาที (cfs) ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที (cms) แกลลอนต่อนาที (gpm) หรือหน่วยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง การวัดอัตราการไหลอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างมากในงานประยุกต์ใช้ต่าง ๆ เช่น การควบคุมระบบ การเรียกเก็บค่าใช้บริการ และการออกแบบทางวิศวกรรม บทความนี้จะอธิบายถึงวิธีการวัดอัตราการไหลที่นิยมใช้หลายวิธี พร้อมทั้งให้ข้อมูลพื้นฐานที่เกี่ยวข้อง
สมการความต่อเนื่องสำหรับอัตราการไหล
ภายใต้สภาวะคงที่ (เช่น ไม่มีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา) หลักการต่อเนื่องกำหนดว่าน้ำที่ไหลเข้าด้านหนึ่งของท่อจะต้องไหลออกทางอีกด้านหนึ่งเสมอ สมการของการต่อเนื่องสามารถแสดงได้เป็น:
อัตราการไหล = ความเร็ว × พื้นที่หน้าตัด
ในสภาวะคงที่ ผลคูณของความเร็วและความพื้นที่หน้าตัดจะคงที่ตลอดแนวท่อ ตัวอย่างเช่น หากวัดความเร็วได้ 10 ฟุตต่อวินาที และพื้นที่หน้าตัดเท่ากับ 10 ตารางฟุต อัตราการไหลจะเท่ากับ 10 × 10 = 100 ลูกบาศก์ฟุตต่อวินาที
วิธีการวัดอัตราการไหลในช่องเปิด
วิธีการประเมินด้วยสายตา
วิธีการพื้นฐานนี้เกี่ยวข้องกับการประเมินอัตราการไหลโดยการดูความเร็วและพื้นที่หน้าตัด การใช้ไม้บรรทัดสามารถเพิ่มความแม่นยำในการวัดพื้นที่ ในขณะที่การใช้นาฬิกาจับเวลาสามารถใช้จับเวลาเศษวัสดุที่ลอยอยู่บนระยะทางที่ทราบเพื่อประมาณความเร็ว
การประยุกต์ใช้: สภาวะที่มีอัตราการไหลต่ำ หรือการประมาณค่าแบบหยาบๆ
วิธีการวัดความลึกเพื่อหาอัตราการไหล (สมการของแมเนนก์)
เมื่อทราบค่าทางเรขาคณิตของช่องทางและค่าความลาดชัน และการไหลมีลักษณะสม่ำเสมอ สมการแมนนิงจะคำนวณการไหลโดยใช้ข้อมูลความลึก สมการนี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วกับความลึก ความลาดชัน และค่าสัมประสิทธิ์ความหยาบแบบแมนนิง (n)
หมายเหตุ: ไม่เหมาะสำหรับการไหลที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ (เช่น พื้นที่น้ำท่วมด้านเหนือเขื่อน) สถาบันสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) มักใช้วิธีการนี้ร่วมกับแบบจำลองทางไฮดรอลิกเพื่อกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างระดับน้ำกับอัตราการไหล
อุปกรณ์วัดปริมาณการไหลหลัก
โครงสร้างเช่น ฟลูมหรือเวียร์ จะบังคับให้การไหลผ่านความลึกวิกฤต ทำให้เกิดความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างความลึกกับการไหล
ข้อดี: การวัดแบบไม่สัมผัส ความเที่ยงตรงสูง
ข้อเสีย: ศักยภาพในการสูญเสียแรงดัน พิจารณาว่าวิธีนี้เป็นวิธีที่แม่นยำที่สุดสำหรับช่องทางเปิด
เครื่องวัดพื้นที่-ความเร็ว (AV Meters)
อุปกรณ์เหล่านี้วัดความลึก (แปลงเป็นพื้นที่) และความเร็ว (ผ่านคลื่นเสียงอัลตราซาวนด์แบบดอปเปลอร์ หรือระบบติดตามพื้นผิวแบบแสง) เพื่อคำนวณการไหลโดยใช้สมการความต่อเนื่อง ยี่ห้อที่พบโดยทั่วไป ได้แก่ ISCO, ADS และ Hach (เครื่องวัดแบบซิกม่าและมาร์ช-แมคเบอร์นีย์)
การประยุกต์ใช้งาน: การตรวจสอบระบบระบายน้ำชั่วคราว
ข้อเสีย: ต้องจุ่มเซ็นเซอร์ ต้องบำรุงรักษาบ่อย และให้ความแม่นยำต่ำกว่าอุปกรณ์หลัก
มาตรวัดอัตราการไหลแบบเวลาผ่าน (Transit-Time Flow Meters)
พัฒนาขึ้นสำหรับท่อขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม โดยใช้เวลาที่คลื่นอัลตราโซนิกเดินทางระหว่างเซ็นเซอร์เพื่อคำนวณความเร็ว
ข้อดี: ความแม่นยำสูงด้วยการวัดความเร็วในพื้นที่หน้าตัด
ข้อเสีย: ค่าใช้จ่ายสูงกว่าเนื่องจากติดตั้งซับซ้อน
วิธีวัดอัตราการไหลในท่อเต็ม
มาตรวัดแบบเวนทูรี (Venturi Meters)
ใช้หลักการเวนทูรีเอฟเฟกต์ — การบีบอัดการไหลเพื่อสร้างแรงดันตกที่วัดได้โดยหลักการของเบอร์นูลลี
การประยุกต์ใช้งาน: น้ำสะอาด; น้ำเสียอาจทำให้ช่องวัดแรงดันอุดตันได้
เครื่องวัดการไหลแบบเทอร์ไบน์
อุปกรณ์เครื่องกลวัดอัตราการไหลผ่านความเร็วรอบของกังหัน
ข้อจำกัด: เหมาะสำหรับใช้กับน้ำสะอาดเท่านั้น; ของแข็งในน้ำเสียอาจทำให้กังหันติดขัด
เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็ก
ทำงานตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของฟาเรเดย์ โดยตรวจจับแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของของเหลวผ่านสนามแม่เหล็ก
ข้อดี: ไม่มีแรงเสียดทานเพิ่ม; ปัจจุบันมีให้ใช้งานในระบบช่องเปิดแล้ว
สรุป
แต่ละวิธีมีจุดเด่น ข้อจำกัด และระดับความแม่นยำที่แตกต่างกัน การเลือกใช้เทคนิคที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของงานนั้น ๆ โปรแกรมวิเคราะห์ข้อมูลบนคลาวด์สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลข้อมูลและการประเมินผลการทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหลได้
